Question

15．已知在常用催化劑（如鉑、鈀）的催化下，氫氣和炔烴加成生成烷烴，難于得到烯烴，但使用活性較低的林德拉催化劑[Pd/（PbO、CaCO₃），其中鈀附著于碳酸鈣及少量氧化鉛上]，可使炔烴的氫化停留在生成烯烴的階段，而不再進(jìn)一步氫化．現(xiàn)有一課外活動(dòng)興趣小組利用上述原理設(shè)計(jì)了一套由如圖所示儀器組裝而成的實(shí)驗(yàn)裝置（鐵架臺(tái)未畫出），擬由乙炔制得乙烯，并測定乙炔氫化的轉(zhuǎn)化率．若用含0.020molCaC₂的電石和1.60g含雜質(zhì)18.7%的鋅粒（雜質(zhì)不與酸反應(yīng)）分別與足量的X和稀硫酸反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)完全后，假定在標(biāo)準(zhǔn)狀況下測得G中收集到的水VmL．試回答有關(guān)問題：

（1）裝置的連接順序是a、e、d、f、g、b、c、h（填各接口的字母）．
（2）寫出A中所發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式（有機(jī)物寫結(jié)構(gòu)簡式）：CaC₂+2H₂O→HC≡CH↑+Ca（OH）₂．
（3）D的作用是除去雜質(zhì)氣體．
（4）為減慢A中的反應(yīng)速率，X應(yīng)選用飽和食鹽水．
（5）F中留下的氣體除含C₂H₄、少許空氣外，還有H₂、C₂H₄、C₂H₂．G所選用的量筒的容積較合理的是B．（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）
A．500mL      B．1000mL       C．2000mL
（6）乙炔氫化的轉(zhuǎn)化率為（用V來表示）$\frac{896-V}{448}$×100%．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的是用乙炔和氫氣之間的反應(yīng)來制取乙烯，根據(jù)裝置的特點(diǎn)和應(yīng)用來連接實(shí)驗(yàn)裝置；
（2）碳化鈣可以和水反應(yīng)得到乙炔氣體，乙炔氣體和氫氣在催化劑的作用下反應(yīng)得到乙烯；
（3）乙炔在制取的過程中，還會(huì)含有雜質(zhì)氣體，要進(jìn)行除雜，并進(jìn)行干燥；
（4）為減慢反應(yīng)速率，可以將水換成飽和食鹽水，利用活塞控制流速；
（5）根據(jù)CaC₂+2H₂O→HC≡CH↑+Ca（OH）₂結(jié)合實(shí)驗(yàn)實(shí)際情況來確定存在的雜質(zhì)氣體及體積；
（6）根據(jù)反應(yīng)：CaC₂+2H₂O→HC≡CH↑+Ca（OH）₂、HC≡CH+H₂$\frac{\underline{\;林德拉\;}}{\;}$CH₂=CH₂結(jié)合乙炔氫化的轉(zhuǎn)化率等于反應(yīng)的乙炔和全部的乙炔的量的比值來計(jì)算．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)裝置顯示制取乙炔和氫氣，然后將二者混合，但是乙炔、氫氣中含有雜質(zhì)氣體，應(yīng)該先將雜質(zhì)氣體除去，再將之干燥，是純凈的氣體在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)得到乙烯，乙烯是難溶于水的氣體，可以采用排水法收集，所以裝置的連接順序是：a、e、d、f、g、b、c、h（f、g可調(diào)換），
故答案為：edfgbc（或edgfbc可調(diào)換）；
（2）A中是碳化鈣和水反應(yīng)制取乙炔的過程，方程式為：CaC₂+2H₂O→HC≡CH↑+Ca（OH）₂，
故答案為：CaC₂+2H₂O→HC≡CH↑+Ca（OH）₂；
（3）為了保證得到的氣體純凈，應(yīng)該將氣體進(jìn)行除雜，次氯酸鈉具有堿性和氧化性，可以除去雜質(zhì)，故答案為：除去雜質(zhì)氣體；
（4）碳化鈣和水之間的反應(yīng)十分劇烈，為減慢反應(yīng)速率，可以將水換成飽和食鹽水，操作時(shí)還應(yīng)采取的措施是通過調(diào)節(jié)分液漏斗活塞降低食鹽水的滴速，
故答案為：飽和食鹽水；
（5）F中留下的氣體除含少許空氣外，還有沒有完全消耗的乙炔，氫氣以及生成的乙烯等氣體，CaC₂+2H₂O→HC≡CH↑+Ca（OH）₂中，若乙炔完全反應(yīng)生成0.02molHC≡CH，其體積為0.02mol×22.4L/mol=0.896L=896mL，G所選用的量筒的容積較合理的是B，
故答案為：H₂、C₂H₄、C₂H₂；B；
（6）0.020molCaC₂的電石，和水反應(yīng)得到乙炔的物質(zhì)的量是0.02mol，1.60g含雜質(zhì)18.7%的鋅粒（雜質(zhì)不與酸反應(yīng)）的物質(zhì)的量是：$\frac{1.6×（1-18.7%）}{65}$mol=0.02mol，和硫酸反應(yīng)，產(chǎn)生的氫氣的物質(zhì)的量是0.005mol，狀況下測得G中收集到的水VmL，則得到的乙烯的物質(zhì)的量是$\frac{V×1{0}^{-3}L}{22.4L/mol}$
設(shè)乙炔的轉(zhuǎn)化量是x，則
    HC≡CH+H₂ $\frac{\underline{\;林德拉\;}}{\;}$CH₂=CH₂
 0.02           0.02              0
 x                x                 x
則反應(yīng)后得到氣體的物質(zhì)的量（0.02-x）+（0.02-x）+x=$\frac{V×1{0}^{-3}L}{22.4L/mol}$，
解得x=（0.04-$\frac{V×1{0}^{-3}}{22.4}$）mol，
所以乙炔氫化的轉(zhuǎn)化率為$\frac{（0.04-\frac{V×1{0}^{-3}}{22.4}）mol}{0.02mol}$×100%=$\frac{896-V}{448}$×100%，
故答案為：$\frac{896-V}{448}$×100%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查性質(zhì)實(shí)驗(yàn)及含量測定，為高頻考點(diǎn)，把握物質(zhì)的性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)裝置的作用及發(fā)生的反應(yīng)等為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)、計(jì)算能力的考查，題目難度中等．